電視播出的目的，是將節(jié)目安全、優(yōu)質(zhì)地呈現(xiàn)在觀眾面前。然而，伴隨節(jié)目切換而發(fā)生的電視音量突跳（響度問題），一直困擾觀眾。造成響度問題的重要原因是缺少合適的客觀指標(biāo)。為此，ITU制訂了BS.1770系列標(biāo)準(zhǔn)，推薦了一種基于RLB加權(quán)的響度算法。

　　EBU PLOUD小組以ITU標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制訂了EBU R.128建議書，對(duì)響度的被測(cè)主體、積分窗長(zhǎng)等細(xì)節(jié)作了更加明確的定義，其配套的Tech 3341、3342、3343、3344文檔，詳細(xì)介紹了EBU制式（EBU Mode）響度單位的定義與測(cè)量、響度控制，以及制作、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)，對(duì)電視臺(tái)解決響度問題及音頻的安全播出具有重要的指導(dǎo)意義。本文介紹的是EBU最新修訂的R.128-2011。

一.響度單位的定義與測(cè)量
　　EBU R.128規(guī)定的響度單位有三個(gè)：響度電平、響度范圍和真實(shí)峰值電平。
　　1.響度電平（Loudness Level）
　　響度電平用來描述節(jié)目的響度，即被測(cè)音頻節(jié)目在指定的重放條件及相同的播出時(shí)長(zhǎng)下，其主觀音量相較于標(biāo)準(zhǔn)參考節(jié)目的大小。EBU制式的響度電平分為L(zhǎng)UFS（參照滿度電平）和LU（參照校準(zhǔn)電平）兩種，-23.0 LUFS = 0.0 LU（帶有1位小數(shù)），數(shù)值越大，節(jié)目越響。

　　相同響度電平的節(jié)目，音量基本一致 。LU值的相反數(shù)表示將節(jié)目標(biāo)準(zhǔn)化到參考響度所需的增益?？刂乒?jié)目的響度電平，可有效提高播出音量的一致性。

　　（1）響度算法
　　EBU R.128沿用ITU-R BS.1770定義的、基于K計(jì)權(quán)的響度算法。這種算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且適合測(cè)量從單聲道到5.1聲道的各種音頻。算法共分三步：

　　第一步，用一個(gè)滑動(dòng)矩形窗，從待測(cè)音頻中，截取一段時(shí)長(zhǎng)為T的響度塊，進(jìn)行K計(jì)權(quán)濾波。K計(jì)權(quán)濾波器由前置濾波器和RLB濾波器串聯(lián)而成，前置濾波器用來模仿人頭部高頻擱架式抬升的頻率響應(yīng)，而RLB濾波器則用來模仿人耳低頻滾降的聽覺特性。

　　第二步，計(jì)算出濾波后，各聲道音頻樣本的均方能量：

　　最后，對(duì)各聲道的均方值進(jìn)行加權(quán)累加、取對(duì)數(shù)值，就可獲得響度電平。不同聲道的加權(quán)值不同，如圖1。

　　滑動(dòng)矩形窗的長(zhǎng)度雖然為秒級(jí)，但每次截取的音頻片斷都有所重疊，因此響度電平的示值仍然能夠以較高的頻率更新顯示，能夠滿足實(shí)時(shí)測(cè)量的要求。

圖1 ITU-R BS.1770響度算法框圖

　?。?）三種響度示值
　　EBU R.128規(guī)定了三種響度示值：瞬時(shí)響度、短時(shí)響度和整體響度（integrated loudness），具有不同的時(shí)間尺度（如表2）。瞬時(shí)響度與短時(shí)響度的時(shí)間尺度為秒，適合現(xiàn)場(chǎng)制作的實(shí)時(shí)觀察及廣告的響度控制；整體響度的時(shí)間尺度是整個(gè)節(jié)目，適合節(jié)目質(zhì)量分析及自動(dòng)化的響度對(duì)齊。

表1　三種響度示值

　　其中，整體響度帶有“選通測(cè)量”(gated measurement)算法，去除節(jié)目底聲(“背景聲”)，保證其示值主要反映“節(jié)目主體”(或“前景聲”)在整個(gè)節(jié)目時(shí)長(zhǎng)上的平均響度。節(jié)目主體包含對(duì)白、音樂以及關(guān)鍵音效，它們是主觀響度的主要成分；而底噪、靜音、墊樂等背景成分，對(duì)于響度幾乎沒有貢獻(xiàn)，卻會(huì)拉低響度平均值 ，影響響度對(duì)齊的一致性。

　　整體響度電平實(shí)際是通過拆分成瞬時(shí)響度塊計(jì)算的。選通測(cè)量的所謂“選通”，就是將計(jì)算過程中，響度電平低于門限的響度塊數(shù)據(jù)去掉。為了讓結(jié)果更加精確（尤其是短節(jié)目），R.128規(guī)定，用于計(jì)算整體響度的兩個(gè)瞬時(shí)響度塊之間，帶有75%（0.1秒）的重疊 。

　　選通測(cè)量分為兩步，首先進(jìn)行絕對(duì)選通，去掉瞬時(shí)響度電平低于-70 LUFS（絕對(duì)選通門限）的響度塊，計(jì)算剩余響度塊的總體響度；接著進(jìn)行相對(duì)選通，去掉比前述總體響度電平低10 LU的響度塊，然后再次計(jì)算剩余響度塊的總體響度，所得結(jié)果即為最終的整體響度電平。

　　實(shí)時(shí)響度表每個(gè)時(shí)刻的整體響度及其相對(duì)選通門限都由響度的歷史數(shù)據(jù)重新確定和計(jì)算，所以計(jì)量結(jié)果與非實(shí)時(shí)響度表基本一致（最大誤差為0.1LU）。

　　2.響度范圍（Loudness Range，LRA）
　　響度范圍，用來描述節(jié)目的響度反差，即節(jié)目短時(shí)響度電平的離散度，或者說最常出現(xiàn)的那85％的響度的分布范圍，它決定著是否根據(jù)目標(biāo)受眾對(duì)節(jié)目的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮。

　　響度范圍的大小與節(jié)目類型有關(guān)。流行音樂、廣告等節(jié)目通常都進(jìn)行了良好的壓縮、激勵(lì)甚至削波處理，響度范圍小（一般為2～5 LU），能量集中，聽起來很破甚至非常吵鬧，壓迫感強(qiáng)烈；新聞、訪談節(jié)目的響度范圍比較適中，聽感較為舒適（6～10 LU）；而電影、電視劇、戲曲、交響樂等節(jié)目出于藝術(shù)表現(xiàn)，響度范圍較大（10 LU以上），聲音比較悶，經(jīng)壓限處理之后才能在電視上良好地重放。

圖2　短時(shí)響度分布曲線與響度范圍的選通測(cè)量

　　響度范圍的測(cè)量方法分為如下4步：
　?。?）將節(jié)目音頻切割成相互重疊（至少2秒相互重疊）的短時(shí)響度塊；
　?。?）以響度為橫軸，出現(xiàn)的概率密度為縱軸，繪制出節(jié)目的響度-概率分布圖；
　　（3）去掉低于-70 LUFS（靜音）及絕對(duì)選通總體響度下方20LU（底聲）的橫軸部分；
　　（4）剩余響度累積分布函數(shù)的10%至95%兩點(diǎn)之間所對(duì)應(yīng)的橫軸寬度，即為響度范圍。
　　選通測(cè)量去掉了節(jié)目的靜音和不太重要的背景聲。10%至95%的概率設(shè)置，避免了極少數(shù)異常的音效（笑聲、掌聲、槍聲等）對(duì)響度范圍的干擾。

　　3.真實(shí)峰值電平（True Peak Level）
　　我們習(xí)慣使用的PPM“峰值電平”是準(zhǔn)峰值電平，與確切的峰值電平存在較大誤差 。模擬準(zhǔn)峰值表（QPPM）的瞬態(tài)響應(yīng)受上升時(shí)間的限制 ，無(wú)法顯示短于上升時(shí)間的峰值；而以采樣峰值表（sample peak meters）方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PPM表，指示的是采樣點(diǎn)的極大值，無(wú)法反映采樣點(diǎn)之間的峰值 。

　　電視臺(tái)的分發(fā)傳輸鏈路日漸數(shù)字化，音頻編解碼器在壓縮過程中會(huì)縮減信號(hào)的帶寬，或者去除聽覺不敏感的成分，這些過程都會(huì)產(chǎn)生附加的振鈴和上沖，使得音頻的峰值電平提高。這種振鈴和上沖，無(wú)法在PPM表上看到，卻有可能引起播出傳輸過程中的削波及過調(diào)。

　　真實(shí)峰值電平表（TP表）是改進(jìn)的采樣峰值表，它先對(duì)音頻進(jìn)行至少4倍的升采樣（例如，從48kHz插值到192kHz），再讀取采樣峰值。相對(duì)于PPM表，TP表的誤差較?。?.5dB），可減少為示數(shù)的不確定性預(yù)留的余量，最大化地利用數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。

　　真實(shí)峰值電平的單位為dBTP或TPFS，以滿度電平為參考。

二. 響度控制目標(biāo)
　　1.規(guī)范響度電平
響度控制的首要目標(biāo)是將節(jié)目切換點(diǎn)的突跳控制在舒適區(qū)，它要求素材間的響度基本一致或者有所過渡。其次，是設(shè)法讓所有的節(jié)目素材都圍繞著標(biāo)準(zhǔn)響度電平制作播出。這里的圍繞并不是要求節(jié)目每時(shí)每刻的響度都符合目標(biāo)響度，而是節(jié)目主體（對(duì)白）部分的響度重心，穩(wěn)定在目標(biāo)響度上。此外，還要限制節(jié)目的最大短時(shí)響度，避免廣告（尤其是節(jié)目?jī)?nèi)插廣告）對(duì)短時(shí)響度的濫用。

　　在節(jié)目已經(jīng)制作完畢的情況下，調(diào)整節(jié)目的整體響度通常采用改變?cè)鲆娴霓k法。不過它只改變整體響度，不改變動(dòng)態(tài)范圍，在提升峰值儲(chǔ)備較大的節(jié)目時(shí)還可能引起削波，因此需要后續(xù)兩步作為補(bǔ)充。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)響度電平，EBU R.128-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，節(jié)目的整體響度應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化至-23.0 LUFS的目標(biāo)響度電平（Target Level）（帶有選通測(cè)量）。直播節(jié)目的節(jié)目響度與目標(biāo)響度電平的偏差一般不超過±1LU。 此時(shí)，如果節(jié)目經(jīng)過良好制作，則整體響度相同的兩個(gè)節(jié)目，基本上是一樣響。

　　對(duì)于很短的節(jié)目，EBU Tech 3343認(rèn)為，其最大瞬時(shí)響度應(yīng)控制在-15 LUFS，短時(shí)響度應(yīng)控制在-20 LUFS。
對(duì)于舒適區(qū)，ITU-R BS.1864建議書認(rèn)為，聽眾可以容忍的響度變化“舒適區(qū)”，是“偏離理想的響度約+3至-5 dB的響度窗口。”超過舒適區(qū)，觀眾有明顯的變吵或變小的感覺。

　　從響度電平的計(jì)算公式可以看出，單聲道音源在傳統(tǒng)編碼器或者機(jī)頂盒復(fù)制成雙聲道之后，響度電平將增加3 dB。此時(shí)應(yīng)按雙聲道計(jì)算響度，才能保證響度測(cè)量的準(zhǔn)確。此外，單聲道的頻道在播出時(shí)，最好以“單聲道”或者 “雙單聲道”（偽立體聲）方式播出，而不要采用“立體聲-僅左聲道”方式播出，避免節(jié)目在機(jī)頂盒“立體聲/單聲道/左聲道/右聲道”四種模式下播出音量的不一致，這樣才能保證單聲道頻道在任何聲道模式下（包括模擬播出時(shí)）的響度都與立體聲頻道一致。

　　2.控制響度范圍
　　響度范圍需要與聽音環(huán)境相匹配。聽音環(huán)境的動(dòng)態(tài)范圍受限于居室的本底噪聲、聽覺的痛閾及最大還音功率。典型居室的本底噪聲在45～55dBA，而電視的典型收聽音量為60～75dBA，因此電視所能重現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍，或者說響度范圍容限（DRT）很窄，只有20dB左右。輕薄便攜的液晶電視甚至更差，因?yàn)榱艚o揚(yáng)聲器的空間很小，功率做不大，并且為了降低功耗，常常使用底噪較大的D類功放。

　　響度范圍過大的負(fù)面效應(yīng)多見于電影和電視劇，觀眾常常會(huì)感覺到節(jié)目沉悶，因?yàn)樗鼈兪菫榇鬅赡恢谱鞯?，影劇院通常都具有良好的裝修和一流的音響，而電視不能還原那么大的動(dòng)態(tài)范圍，此時(shí)就需要進(jìn)行響度范圍轉(zhuǎn)換，對(duì)較弱的片斷進(jìn)行提升，對(duì)少數(shù)過響的音效進(jìn)行限制。這可利用一個(gè)低門限值（小于-40dBFS）低壓縮比（1:1.2～1:1.5）且?guī)в醒a(bǔ)償增益（make-up gain）的壓縮器實(shí)現(xiàn)，提升聽覺體驗(yàn)。而對(duì)于廣告這類能量集中的節(jié)目來說，可直接平移節(jié)目的響度電平，有時(shí)甚至應(yīng)當(dāng)以短時(shí)響度的最大值作為廣告響度的依據(jù)，進(jìn)行響度懲罰，超得越多，降得越多。筆者認(rèn)為，對(duì)于標(biāo)清語(yǔ)言類電視節(jié)目，在不造成明顯失真的前提下，LRA控制在6～12會(huì)比較舒適，既不會(huì)太悶，也不會(huì)太吵。

圖3 典型電視劇的響度分布圖，
橫軸為時(shí)間，縱軸為響度

圖4 采用-50dBFS門限及1:1.5
的壓縮比對(duì)響度范圍進(jìn)行壓縮
處理的樣例[7]

　　響度范圍過大的另一個(gè)原因是節(jié)目制作不規(guī)范，節(jié)目?jī)?nèi)嵌多段整體響度不同的素材，類似于臺(tái)階。這種節(jié)目的LRA和整體響度并不真正反映節(jié)目的類型和響度的重心，并且起伏很大，難以校正。多代引用這類節(jié)目素材時(shí)會(huì)引起響度參差的累積，造成高階響度問題，必須在制作階段就予以解決。

　　一個(gè)節(jié)目的LRA如果和流派不相符，那么這個(gè)節(jié)目的制作就可能存在問題，例如上文提到的響度參差（會(huì)使響度范圍變大），以及電平不匹配引起的削波（會(huì)使響度范圍變?。?。

圖5　同一個(gè)節(jié)目?jī)?nèi)的響度參差，并且情況比較嚴(yán)重

　?。ㄟ@個(gè)節(jié)目的整體響度為-22.5LUFS，其中1是宣傳片片頭，2～13號(hào)素材為廣告。片頭響度過大。
　　若按片頭平移響度，則素材2、3、4、6、7、9、10、12、13的響度都將低于-30LUFS）

　　3.限制峰值電平
　　限制峰值電平，保證不過調(diào)、不切峰，是安全播出的需要。
　　EBU R.128推薦的制作域的最大允許真實(shí)峰值電平為-1dBTP，播出系統(tǒng)受傳輸、發(fā)射設(shè)備的限制，最大峰值電平要降低許多。在設(shè)定播出的最大峰值電平標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面了解傳輸設(shè)備特別是模擬傳輸設(shè)備的峰值儲(chǔ)備及增益情況。

　　對(duì)于單位增益的數(shù)字電視傳輸來說，其最高峰值電平可設(shè)置為-1dBTP（對(duì)于立體聲頻道為-4dBTP），但按照我國(guó)現(xiàn)行的GY/T 223-2007標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)設(shè)為-6dBTP。即便標(biāo)準(zhǔn)放開，也應(yīng)酌情考慮傳輸編解碼及數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的峰值升高。中央臺(tái)目前采用的最高峰值電平即為-6dBTP。

　　對(duì)于模擬電視發(fā)射，EBU Tech3344建議，PAL D/K發(fā)射機(jī)的限制器門限為-6.7dBTP。當(dāng)向發(fā)射機(jī)送入-6.7dBTP 1kHz正弦信號(hào)時(shí)，發(fā)射機(jī)的峰值調(diào)制度應(yīng)剛好限制于50kHz。限制器置于預(yù)加重之后，保證調(diào)制度不超標(biāo)。

三.播出級(jí)響度控制
　　從播出部門先行緩解響度問題，涉及的設(shè)備和部門相對(duì)較少，并且節(jié)目素材集中，標(biāo)準(zhǔn)容易實(shí)現(xiàn)。依響度控制設(shè)備位置的不同，可分為信號(hào)流響度控制和文件型響度控制。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此播出部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身情況選擇最適合自己的技術(shù)。

　　播出響度突跳的主要原因是自辦欄目與廣告響度的不匹配（嚴(yán)格地說，是自辦欄目的響度偏小。因?yàn)榕_(tái)內(nèi)的制作人員通常不對(duì)，也沒有條件對(duì)節(jié)目進(jìn)行精細(xì)的動(dòng)態(tài)范圍處理，峰值儲(chǔ)備較大），此外還有節(jié)目?jī)?nèi)部各段素材之間的響度不匹配。在播出級(jí)主要處理的是離散的節(jié)目來源和上載操作所引起的響度不匹配，廣告內(nèi)部及節(jié)目?jī)?nèi)部響度參差的調(diào)整不屬播出級(jí)響度控制的職責(zé)，應(yīng)退回制作線修改。遷就這些節(jié)目，會(huì)使正常節(jié)目的音頻質(zhì)量發(fā)生惡化。

　　1.信號(hào)流響度控制
　　信號(hào)流響度控制是在信號(hào)通道對(duì)播出響度進(jìn)行規(guī)范，一般是在播出末級(jí)串接響度控制器或響度服務(wù)器，對(duì)響度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。響度控制器不僅可以校正響度，還能夠上下混音，規(guī)范播出音頻的格式。響度控制器是一種改進(jìn)的自動(dòng)電平控制器，通常由自動(dòng)響度校正（ALC）、動(dòng)態(tài)范圍控制（DRC）、限制器（Limiter）三級(jí)串接完成。

　　ALC是改進(jìn)的自動(dòng)電平控制器，它對(duì)節(jié)目的瞬間及短時(shí)響度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，以響度電平為反饋值調(diào)整增益，按一定比例縮小響度差異。ALC具有多個(gè)緩慢的時(shí)間常數(shù)，同時(shí)限制了增益與衰減范圍，防止節(jié)目寂靜片斷或背景噪聲的過度提升。因?yàn)闀r(shí)間常數(shù)緩慢，ALC級(jí)只具有輕微的動(dòng)態(tài)范圍控制能力。

　　LRA的控制由DRC級(jí)完成。DRC級(jí)是一個(gè)改進(jìn)的多段壓限器，它對(duì)高電平的聲音進(jìn)行壓縮，限制過響的音效，對(duì)中電平的聲音進(jìn)行提升，提高語(yǔ)音的清晰度，又對(duì)低電平進(jìn)行擴(kuò)張，抑制背景噪聲。

　　限制器對(duì)門限之上的音頻信號(hào)進(jìn)行∞:1的硬限制和柔性剪峰，避免超限電平的出現(xiàn)。

　　響度控制器是一種簡(jiǎn)潔的響度控制手段，但它與播控系統(tǒng)是分離的，因此處理的效果依賴于輸入響度的離散度，不合適的參數(shù)會(huì)使音頻出現(xiàn)一定程度的劣化；當(dāng)輸入信號(hào)與目標(biāo)響度的差異超出校正范圍時(shí)，播出響度仍會(huì)超標(biāo)。因此在剛開始進(jìn)行響度控制的時(shí)候，需要比較嚴(yán)格的參數(shù)，隨著制作的規(guī)范，逐漸放開控制程度。此外，響度控制器的音視頻是分開處理的，使用時(shí)應(yīng)特別留意聲畫同步；作為在線設(shè)備，應(yīng)具備掉電直通。

　　2.文件型響度控制
　　文件型響度控制是通過響度服務(wù)器及控制軟件對(duì)播出服務(wù)器的素材響度進(jìn)行規(guī)范。響度控制軟件從上載服務(wù)器拉取新上載素材文件的音頻，進(jìn)行響度縮放及動(dòng)態(tài)范圍控制，然后生成新的音頻，重新打包成完整的素材。文件型響度處理可以提供精確的響度對(duì)齊，對(duì)廣告音量的控制尤其有效，通過多次通過處理（multi-pass process），可以獲得準(zhǔn)確的響度范圍控制。

　　文件型響度控制對(duì)原有系統(tǒng)的依賴性強(qiáng)，響度控制置于上載遷移流程的哪個(gè)位置，怎么對(duì)素材進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，是審看前、審看后，還是遷移時(shí)，如何區(qū)分已轉(zhuǎn)換和未轉(zhuǎn)換的素材，如何進(jìn)行一致性管理，關(guān)系到播出的安全和穩(wěn)定，要解決這些問題，必須要有一套自動(dòng)化的技審方案。

　　此外，文件型響度控制只能處理硬盤素材，無(wú)法處理直、轉(zhuǎn)播信號(hào)及錄像機(jī)信源。

　　信號(hào)流響度控制與文件型響度控制并不是對(duì)立的。文件存取與信號(hào)流處理相比較為復(fù)雜，因此容易出現(xiàn)問題，可靠性較差。對(duì)此，我們可以將掃描到的素材響度及節(jié)目切換點(diǎn)信息通過RS485等接口發(fā)送給外部設(shè)備，指導(dǎo)信號(hào)流設(shè)備的增益調(diào)控，完成響度處理，做到這點(diǎn)，需要各廠商的通力合作。

四.展望
　　EBU R.128對(duì)ITU-R BS.1770標(biāo)準(zhǔn)做了十分有益的補(bǔ)充，其配套技術(shù)文檔為響度控制提供了重要指導(dǎo)。從播出級(jí)先行進(jìn)行響度控制，可以盡早緩解響度突跳，提高播出質(zhì)量，并為響度控制提供經(jīng)驗(yàn)，將響度標(biāo)準(zhǔn)化工作從播出級(jí)逐漸推廣到制作級(jí)。R.128與其它標(biāo)準(zhǔn)大同小異，了解R.128，有助于更好地理解其它各種響度標(biāo)準(zhǔn)。

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